煤样分层式干燥机性能试验研究

李敬亚，周 磊，陈志强，周树光

（长沙开元仪器有限公司，湖南长沙 410100）

0 前言

煤样制备是煤质分析中最重要的环节[1]，煤样制备一般包括破碎、缩分、混合、筛分、干燥等工序[2]，其中煤样的干燥是尤为关键的工序。

煤样干燥是去除煤中大量的水分，其主要目的是煤样可以顺利通过破碎机和缩分设备等[3]。

GB/T 474[4]及 GB/T19494.2[5]中，煤样干燥可用温度不超过50℃，带空气循环装置的干燥室或干燥箱进行。标准给出了不同环境温度下的干燥时间，见表1。

表1 不同环境温度下的干燥时间

由表1可知，按国标方法完成煤样干燥，干燥时间较长。干燥时间较长，导致制样时间较长，制样效率较低。

为提高干燥效率，设计了一种分层式干燥机，结构示意图如图1，干燥机主要由干燥箱、干燥载体、仓门和热风发生器组成。其工作原理为：干燥前仓门关闭，将煤样布置在分层式干燥载体上，热风发生器产生的热空气与煤样进行热量交换和湿度传导，并将水分带出干燥机，干燥后仓门打开，干燥载体翻转完成煤样出料。

图1 分层式干燥机结构示意图

为检验分层式干燥机是否可用于煤样的制备过程，完成煤样的干燥，对其开展了性能试验研究。

1 目的

试验研究分层式干燥机的如下性能：

1）检验分层式干燥机的煤样损失率LS。

2）以恒温干燥箱作为国标方法，对比分层式干燥机与恒温干燥箱的干燥效率η，检验分层式干燥机是否干燥效率更高。

3）以分层式干燥机作为设备方法，恒温干燥箱作为国标方法，针对灰分指标，检验设备方法与国标方法的可替代性[6]。

2 煤样

煤样粒度为3mm，并全部通过3mm圆孔筛，干基灰分约33%。

3 煤样损失试验

煤样损失为煤样在布料、干燥、出料等这个过程中，由于扬尘、被风力带走、残留等导致的煤样质量损失。计算煤样损失，应该计算进出干燥设备时煤样的质量差。所以，已有的研究中，将干燥过程两次恒重质量差[7]，作为煤样损失的计算方法不全面。

3.1 试验步骤

3.1.1 试样准备

取3mm煤样约1.2kg，按GB/T 474的方法完成干燥。按此方式，完成10个样品的干燥。

3.1.2 损失试验

取干燥后样品，称取重量mI；将样品布置在分层式干燥机上，按流程完成干燥，干燥过程热风发生装置只吹风不加热，干燥完成后，称取重量mO。

3.1.3 计算物料损失

按公式（1），计算物料损失率LS。

3.2 结果分析

试验结果如表1。

表1 煤样损失试验结果

由表1可知，干燥前后样品平均重量损失为1.8g，平均损失率为0.14%。

4 干燥效率试验

煤样干燥效率是指单位时间内，去除煤样中的水分量。试验以恒温干燥箱作为国标方法，对比分层式干燥机与国标方法的干燥效率。

试验将干燥前后，煤样的质量差作为干燥去除水分的质量。对于分层式干燥机，由于其煤样损失率为0.14%，所以在计算干燥效率时，不应将煤样损失计入去除水分质量中[8]；对于国标方法，干燥过程几乎不存在煤样损失，忽略不计。

4.1 试验步骤

4.1.1 试样准备

取3mm煤样约20kg，用3mm二分器，按GB/T 474的混匀后，称取1kg左右煤样，编号为F1-F10，共取10份；称取与F1-F10相同质量的煤样，编号为H1-H10。

4.1.2 试样干燥

将编号为F的试样，依次分布在分层式干燥机上，按流程完成干燥，干燥温度为50℃，干燥时间0.5h。

将编号为H的试样，按GB/T 474的方法完成干燥，干燥温度为50℃，干燥时间1h。

记录干燥前试样质量m1，干燥后试样质量m0，干燥时间t。

4.1.3 计算干燥效率对于分层式干燥机，按公式（2）计算干燥效率η。

对于国标方法（恒温干燥箱），按公式（3）计算干燥效率η。

4.2 结果分析

试验结果如表2。

表2 干燥效率试验结果

国标方法H1 1005.0 986.0 1/50 19.0 H2 981.0 969.0 1/50 12.0 H3 1005.0 993.5 1/50 11.5 H4 983.0 968.5 1/50 14.5 H5 986.0 971.5 1/50 14.5 H6 981.0 960.5 1/50 20.5 H7 1029.0 1014.5 1/50 14.5 H8 1065.0 1053.0 1/50 12.0 H9 1109.0 1088.0 1/50 21.0 H10 1078.0 1058.0 1/50 20.0平均值 16.0

根据表2的试验数据，对比分层式干燥机与恒温干燥箱的干燥效率，如图2。

由图2可知，分层式干燥机干燥效率明显大于恒温干燥箱，即相比于国标方法，分层式干燥机干燥效率更高。

图2 分层式干燥机与恒温干燥箱干燥效率对比

5 可替代性试验

5.1 试验流程

5.2 试验步骤

5.2.1 试样准备

取3mm煤样，按GB/T 474中二分器法混匀，混匀后使用3mm二分器将煤样缩分为两份，分别编号A和C，构成一个试样对。

按上述方法完成10个试样对，分别编号A1、C1；A2、C2；…A10、C10。

5.2.2 试样制备

将所有煤样按GB/T 474方法制备一般分析试验煤样，并做好封装标识。

5.2.3 试样化验

将一般分析试样 A1～A10，C1～C10送化验室，按GB/T 212[9]方法测试煤样干基灰分。

5.3 灰分可替代性分析

试验数据见表3。

表3 灰分可替代性分析数据

5.3.1 准确度分析

根据表3中的试验结果，按GB/T 18510[10]中与国家标准方法比较的方法B进行可替代性检验。

计算统计量t。

式中：n为试验对数，个。

查GB/T18510中表2得，自由度为9时，tt=2.262。

计算差值d在95%概率下的置信区间

查GB/T 212表2，当灰分质量分数＞30.00%时，灰分测定的再现性临界差Ad为0.70%。置信区间[-0.48，0.46]在[-0.70，0.70]的区间内，符合要求。

所以，设备方法与国标方法的准确度无显著性差异。

5.3.2 灰分精密度分析

表3中，重复测定偏差Wi为每个方法制备的第i个煤样重复测定结果间的差值。

由表2中试验结果，计算设备方法的重复测定方差。

计算国标方法的重复测定方差。

计算统计量F：

查GB/T18510中表3得，自由度为9时，Ft=3.18。

所以，设备方法的精密度不比国标方法的精密度差。

综合设备方法与国标方法的准确度和精密度分析结果，可知：对于灰分指标，设备方法可以替代国标方法。

6 结论与建议

1）对分层式干燥机进行了煤样损失试验，试验结果为煤样损失率为0.14%。

2）以恒温干燥箱作为国标方法，开展了分层式干燥机与国标方法的干燥效率试验，试验结果为分层式干燥机干燥效率明显大于恒温干燥箱，即相比于国标方法，分层式干燥机干燥效率更高。

3）以分层式干燥机作为设备方法，恒温干燥箱作为国标方法，开展了可替代性试验，试验的结果为：对于灰分指标，设备方法可以替代国标方法。

4）根据以上试验结果，分层式干燥机可以用于商品煤样的制备过程。

5）可替代性试验分析了灰分指标，如有必要，建议进一步开展其他指标的试验研究。